太阳能电动三轮车的设计
臧立峰 王成军 戚翔
摘 要：基于光伏充电技术设计了一种分层可调节式太阳能电动三轮车，具有分层式自动折叠太阳能电池板结构；采用双充电、双驱动模式，综合控制器对光伏电池组进行控制，保证电动三轮车全天候行驶。相对于传统太阳能电动三轮车，该太阳能电动三轮车有太阳能电池板可调节、采光面积大、能源利用率高、续航能力强等优点，为太阳能电动车产品的开发提供了参考。
关键词：太阳能；电动三轮车；光伏充电；双驱动；设计
0 引言
太阳能是可再生、可持续性发展的战略能源。一年中地球接受太阳光辐射的总量达5.46×1024J，其中0.01%就能满足全世界全年的能源要求[1-3]。中国太阳能资源丰富，太阳能产业以每年20%～30%的速度增长。电动三轮车以其适用性强、机动灵活、维修简单方便、价格低廉等优点被广泛应用。市场上现有电动三轮车，主要依靠市电向蓄电池充电后行驶，存在蓄电池充电方式单一、电瓶储存电量有限、一次充电行程短需经常充电等问题，且有充电时间过长、频次高，续航里程过短，能耗大和污染严重等问题。电动三轮车绝大部分以铅酸电池为主，铅酸电池内的酸液具有高溶解性，随便排放会污染土地并产生铅蒸气，更严重的是，这种电池接触水后，其污染作用可持续上百年之久[3-5]。如何才能让电动三轮车更"节能、环保"，是电动三轮车创新设计面临的一个重大难题。
目前市场上投入使用的太阳能电动三轮车，是在现有电动三轮车的基础上通过在支架、顶蓬、前栏或后架上固定1～2块太阳板。不仅设计粗糙，与车体不协调；而且太阳能电池板一般都水平固定在车顶，太阳能板的利用效率一般在17% 左右，且电池板受光角不可调，安装拆卸复杂，不能实现真正意义上对太阳能的有效利用。论文针对目前太阳电动三轮车存在的问题，设计了一种分层式自动折叠太阳能电池板结构的太阳能电动三轮车，采用双充电、双驱动模式，保证电动车全天候行驶。
1 整车结构设计
1.1 总体结构
太阳能电动三轮车整体结构如图1所示。车箱与车体焊接为一体，车厢上设有尾架、前支架和座椅。固定式太阳能电池板安装在车厢的两个外侧面上，车厢的下方设有传动系统，活动式太阳能电池板与车箱通过铰链相连接，活动式太阳能电池板的前端通过前调节装置与前支架相连接，活动式太阳能电池板的后端通过后调节装置与尾架相连接。
太阳能电动三轮车的后调节装置的结构如图2所示，包括锁紧螺母、锁紧螺钉、后连杆。太阳能电动三轮车的前调节装置，如图3所示，包括偏心锁紧手柄、滑块、连杆。偏心锁紧手柄与滑块通过销轴相连接，滑块与前连杆通过销轴相连接；连杆与活动式太阳能电池板通过销轴相连接。使用时先装好太阳能电池板前后调节装置，调节前调节装置，分别把车座椅上滑槽内的两个偏心锁紧手柄打开，左右移动带动连杆使得车厢板旋转，根据太阳光的照射情况调节好车箱体的最佳停放位置，保证太阳能电池板获得最佳的光照面积和光照角度。当电动三轮车无需充电时，可将车厢板放下，使太阳能电池板分层嵌在车厢板槽内。
1.2 主要技术参数
1）最大时速：30km/h；2）连续行程（晴天）：60km；3）电池：24块0.30m×0.50m的单晶硅太阳电池，140W，转换效率18%；4）车净重：185kg；5）长×宽×高：2.80m ×1.20m×1.60m；6）有效受光面积：3.6m2。
2 控制系统设计
太阳能电动三轮车的充电方案如图4所示，它通过综合控制器实现对光伏电池组件所产生的电能的合理分配，实现太阳能综合利用率最大化。当综合控制器检测到有电动车电池接入时，先检测光伏电池组件的电能输出状况，若光照良好电能输出充足，则直接通过第一充电控制器对电动车电池进行充电，并通过MPPT功能模块实现最大充电功率跟踪；若光照不足电能输出不足，则通过第三充电控制器将蓄电池组储存的电能对电动车电池充电。若无电动车电池接入或对电动车电池充电时光伏电池组有富余电能，则通过第二充电控制器对蓄电池组进行充电，以备在光照不足时提供电能。通过逆变控制器，还可将蓄电池组的电能以交流220V/50Hz的方式输出，提高系统电能输出的通用性。
综合控制器由图5所示的六大模块组成。综合器的设计采用基于改进的扰动观察法的MPPT技术，来实现光伏电池的最大功率输出；采用升降压式或DC-DC转换器，来适应较宽的光伏电池的输出电压，适应多变的光照环境；采用ADC方式对电压、电流等关键的安全信息采集和保护电路设计；通过对接口电压的分析，自动选择输出电流，优先对电动车电池快速充电；通过LCD液晶显示技术，实现充电电流I、电压U、功率P、充电状态、充电所需剩余时间等信息的实时更新显示。充电控制器的设计采用脉冲式充电技术以提高充电效率，解决铅酸蓄电池的极化问题，提高蓄电池的寿命；通过模糊控制与PID控制的结合，提高了充电系统的响应速度和准确性，实现快速、安全充电。充电器还设置了电池温度监测功能，以保护控制器与电池的安全。
3 结论
本文基于光伏充电技术设计的太阳能电动三轮车，相对传统的太阳能电动三轮车在结构与控制系统上进行了创新设计。
（1）分层式自动折叠太阳能电池板结构
分层式自动折叠太阳能电池板可保证太阳能电动三轮车在使用时，可随着行车姿态和太阳日照角的变化来调整活动太阳能电池板的展开位置，以获得最佳光照角度和光照面积，保证无光照死角，高效利用太阳光资源。
（2）双充电、双驱动工作模式
设计的太阳能电池充电装置及控制系统可保证太阳能电动三轮车的双充电、双驱动模式的正确和快速切换，保证及时充电和全天候行驶，解决了传统电动车存在的单一驱动和单一充电的难题。
（3）太阳能电池板的嵌入式设计
设计能嵌入安装太阳能电池板的车箱体，为太阳能电池板设计了减振垫、高透光率的保护罩和起支撑，能保证太阳能电池板的采光、安全。
参考文献：
[1]日照角可调的太阳能电动三轮车[P].实用新型，ZL200920107358.9.
[2]跟踪式太阳能电动三轮车[P].实用新型，200920156374.7.
[3]滨川圭弘.太阳能光伏电池及其应用[M].北京：科学出版社.2008（12）：2-5.
[4]冯逸，陈礼播，杜爱民.太阳能汽车发展现状及其实用化对策研究[J].上海汽车，2006（12）：2-5.
[5]王薇，邱大雄，顾树华.我国开发太阳能资源的综述[J].中国管理科学，1997，5（2）：42-49.
[6]卢磊，陈效华，严伟.一种在汽车上应用太阳能技术的设计方案[J].新材料产业，2010（l）：71-73.
[7]李文婷，刘宏，陈慧玲.国内外太阳能光伏发电发展综述[J].青海电力，2004，23（4）：3-6.
[8]莫松平，陈则韶等.太阳电池中光电转换的有效能[J].工程热物理学报，2008. 29（11）：1821- 1825.
[9]王毅，熊大庆，"轻便型"太阳能电动车造型设计研究[J].包装工程，2008，29（5）：123-125.
摘 要：基于光伏充电技术设计了一种分层可调节式太阳能电动三轮车，具有分层式自动折叠太阳能电池板结构；采用双充电、双驱动模式，综合控制器对光伏电池组进行控制，保证电动三轮车全天候行驶。相对于传统太阳能电动三轮车，该太阳能电动三轮车有太阳能电池板可调节、采光面积大、能源利用率高、续航能力强等优点，为太阳能电动车产品的开发提供了参考。
关键词：太阳能；电动三轮车；光伏充电；双驱动；设计
0 引言
太阳能是可再生、可持续性发展的战略能源。一年中地球接受太阳光辐射的总量达5.46×1024J，其中0.01%就能满足全世界全年的能源要求[1-3]。中国太阳能资源丰富，太阳能产业以每年20%～30%的速度增长。电动三轮车以其适用性强、机动灵活、维修简单方便、价格低廉等优点被广泛应用。市场上现有电动三轮车，主要依靠市电向蓄电池充电后行驶，存在蓄电池充电方式单一、电瓶储存电量有限、一次充电行程短需经常充电等问题，且有充电时间过长、频次高，续航里程过短，能耗大和污染严重等问题。电动三轮车绝大部分以铅酸电池为主，铅酸电池内的酸液具有高溶解性，随便排放会污染土地并产生铅蒸气，更严重的是，这种电池接触水后，其污染作用可持续上百年之久[3-5]。如何才能让电动三轮车更"节能、环保"，是电动三轮车创新设计面临的一个重大难题。
目前市场上投入使用的太阳能电动三轮车，是在现有电动三轮车的基础上通过在支架、顶蓬、前栏或后架上固定1～2块太阳板。不仅设计粗糙，与车体不协调；而且太阳能电池板一般都水平固定在车顶，太阳能板的利用效率一般在17% 左右，且电池板受光角不可调，安装拆卸复杂，不能实现真正意义上对太阳能的有效利用。论文针对目前太阳电动三轮车存在的问题，设计了一种分层式自动折叠太阳能电池板结构的太阳能电动三轮车，采用双充电、双驱动模式，保证电动车全天候行驶。
1 整车结构设计
1.1 总体结构
太阳能电动三轮车整体结构如图1所示。车箱与车体焊接为一体，车厢上设有尾架、前支架和座椅。固定式太阳能电池板安装在车厢的两个外侧面上，车厢的下方设有传动系统，活动式太阳能电池板与车箱通过铰链相连接，活动式太阳能电池板的前端通过前调节装置与前支架相连接，活动式太阳能电池板的后端通过后调节装置与尾架相连接。
太阳能电动三轮车的后调节装置的结构如图2所示，包括锁紧螺母、锁紧螺钉、后连杆。太阳能电动三轮车的前调节装置，如图3所示，包括偏心锁紧手柄、滑块、连杆。偏心锁紧手柄与滑块通过销轴相连接，滑块与前连杆通过销轴相连接；连杆与活动式太阳能电池板通过销轴相连接。使用时先装好太阳能电池板前后调节装置，调节前调节装置，分别把车座椅上滑槽内的两个偏心锁紧手柄打开，左右移动带动连杆使得车厢板旋转，根据太阳光的照射情况调节好车箱体的最佳停放位置，保证太阳能电池板获得最佳的光照面积和光照角度。当电动三轮车无需充电时，可将车厢板放下，使太阳能电池板分层嵌在车厢板槽内。
1.2 主要技术参数
1）最大时速：30km/h；2）连续行程（晴天）：60km；3）电池：24块0.30m×0.50m的单晶硅太阳电池，140W，转换效率18%；4）车净重：185kg；5）长×宽×高：2.80m ×1.20m×1.60m；6）有效受光面积：3.6m2。
2 控制系统设计
太阳能电动三轮车的充电方案如图4所示，它通过综合控制器实现对光伏电池组件所产生的电能的合理分配，实现太阳能综合利用率最大化。当综合控制器检测到有电动车电池接入时，先检测光伏电池组件的电能输出状况，若光照良好电能输出充足，则直接通过第一充电控制器对电动车电池进行充电，并通过MPPT功能模块实现最大充电功率跟踪；若光照不足电能输出不足，则通过第三充电控制器将蓄电池组储存的电能对电动车电池充电。若无电动车电池接入或对电动车电池充电时光伏电池组有富余电能，则通过第二充电控制器对蓄电池组进行充电，以备在光照不足时提供电能。通过逆变控制器，还可将蓄电池组的电能以交流220V/50Hz的方式输出，提高系统电能输出的通用性。
综合控制器由图5所示的六大模块组成。综合器的设计采用基于改进的扰动观察法的MPPT技术，来实现光伏电池的最大功率输出；采用升降压式或DC-DC转换器，来适应较宽的光伏电池的输出电压，适应多变的光照环境；采用ADC方式对电压、电流等关键的安全信息采集和保护电路设计；通过对接口电压的分析，自动选择输出电流，优先对电动车电池快速充电；通过LCD液晶显示技术，实现充电电流I、电压U、功率P、充电状态、充电所需剩余时间等信息的实时更新显示。充电控制器的设计采用脉冲式充电技术以提高充电效率，解决铅酸蓄电池的极化问题，提高蓄电池的寿命；通过模糊控制与PID控制的结合，提高了充电系统的响应速度和准确性，实现快速、安全充电。充电器还设置了电池温度监测功能，以保护控制器与电池的安全。
3 结论
本文基于光伏充电技术设计的太阳能电动三轮车，相对传统的太阳能电动三轮车在结构与控制系统上进行了创新设计。
（1）分层式自动折叠太阳能电池板结构
分层式自动折叠太阳能电池板可保证太阳能电动三轮车在使用时，可随着行车姿态和太阳日照角的变化来调整活动太阳能电池板的展开位置，以获得最佳光照角度和光照面积，保证无光照死角，高效利用太阳光资源。
（2）双充电、双驱动工作模式
设计的太阳能电池充电装置及控制系统可保证太阳能电动三轮车的双充电、双驱动模式的正确和快速切换，保证及时充电和全天候行驶，解决了传统电动车存在的单一驱动和单一充电的难题。
（3）太阳能电池板的嵌入式设计
设计能嵌入安装太阳能电池板的车箱体，为太阳能电池板设计了减振垫、高透光率的保护罩和起支撑，能保证太阳能电池板的采光、安全。
参考文献：
[1]日照角可调的太阳能电动三轮车[P].实用新型，ZL200920107358.9.
[2]跟踪式太阳能电动三轮车[P].实用新型，200920156374.7.
[3]滨川圭弘.太阳能光伏电池及其应用[M].北京：科学出版社.2008（12）：2-5.
[4]冯逸，陈礼播，杜爱民.太阳能汽车发展现状及其实用化对策研究[J].上海汽车，2006（12）：2-5.
[5]王薇，邱大雄，顾树华.我国开发太阳能资源的综述[J].中国管理科学，1997，5（2）：42-49.
[6]卢磊，陈效华，严伟.一种在汽车上应用太阳能技术的设计方案[J].新材料产业，2010（l）：71-73.
[7]李文婷，刘宏，陈慧玲.国内外太阳能光伏发电发展综述[J].青海电力，2004，23（4）：3-6.
[8]莫松平，陈则韶等.太阳电池中光电转换的有效能[J].工程热物理学报，2008. 29（11）：1821- 1825.
[9]王毅，熊大庆，"轻便型"太阳能电动车造型设计研究[J].包装工程，2008，29（5）：123-125.
摘 要：基于光伏充电技术设计了一种分层可调节式太阳能电动三轮车，具有分层式自动折叠太阳能电池板结构；采用双充电、双驱动模式，综合控制器对光伏电池组进行控制，保证电动三轮车全天候行驶。相对于传统太阳能电动三轮车，该太阳能电动三轮车有太阳能电池板可调节、采光面积大、能源利用率高、续航能力强等优点，为太阳能电动车产品的开发提供了参考。
关键词：太阳能；电动三轮车；光伏充电；双驱动；设计
0 引言
太阳能是可再生、可持续性发展的战略能源。一年中地球接受太阳光辐射的总量达5.46×1024J，其中0.01%就能满足全世界全年的能源要求[1-3]。中国太阳能资源丰富，太阳能产业以每年20%～30%的速度增长。电动三轮车以其适用性强、机动灵活、维修简单方便、价格低廉等优点被广泛应用。市场上现有电动三轮车，主要依靠市电向蓄电池充电后行驶，存在蓄电池充电方式单一、电瓶储存电量有限、一次充电行程短需经常充电等问题，且有充电时间过长、频次高，续航里程过短，能耗大和污染严重等问题。电动三轮车绝大部分以铅酸电池为主，铅酸电池内的酸液具有高溶解性，随便排放会污染土地并产生铅蒸气，更严重的是，这种电池接触水后，其污染作用可持续上百年之久[3-5]。如何才能让电动三轮车更"节能、环保"，是电动三轮车创新设计面临的一个重大难题。
目前市场上投入使用的太阳能电动三轮车，是在现有电动三轮车的基础上通过在支架、顶蓬、前栏或后架上固定1～2块太阳板。不仅设计粗糙，与车体不协调；而且太阳能电池板一般都水平固定在车顶，太阳能板的利用效率一般在17% 左右，且电池板受光角不可调，安装拆卸复杂，不能实现真正意义上对太阳能的有效利用。论文针对目前太阳电动三轮车存在的问题，设计了一种分层式自动折叠太阳能电池板结构的太阳能电动三轮车，采用双充电、双驱动模式，保证电动车全天候行驶。
1 整车结构设计
1.1 总体结构
太阳能电动三轮车整体结构如图1所示。车箱与车体焊接为一体，车厢上设有尾架、前支架和座椅。固定式太阳能电池板安装在车厢的两个外侧面上，车厢的下方设有传动系统，活动式太阳能电池板与车箱通过铰链相连接，活动式太阳能电池板的前端通过前调节装置与前支架相连接，活动式太阳能电池板的后端通过后调节装置与尾架相连接。
太阳能电动三轮车的后调节装置的结构如图2所示，包括锁紧螺母、锁紧螺钉、后连杆。太阳能电动三轮车的前调节装置，如图3所示，包括偏心锁紧手柄、滑块、连杆。偏心锁紧手柄与滑块通过销轴相连接，滑块与前连杆通过销轴相连接；连杆与活动式太阳能电池板通过销轴相连接。使用时先装好太阳能电池板前后调节装置，调节前调节装置，分别把车座椅上滑槽内的两个偏心锁紧手柄打开，左右移动带动连杆使得车厢板旋转，根据太阳光的照射情况调节好车箱体的最佳停放位置，保证太阳能电池板获得最佳的光照面积和光照角度。当电动三轮车无需充电时，可将车厢板放下，使太阳能电池板分层嵌在车厢板槽内。
1.2 主要技术参数
1）最大时速：30km/h；2）连续行程（晴天）：60km；3）电池：24块0.30m×0.50m的单晶硅太阳电池，140W，转换效率18%；4）车净重：185kg；5）长×宽×高：2.80m ×1.20m×1.60m；6）有效受光面积：3.6m2。
2 控制系统设计
太阳能电动三轮车的充电方案如图4所示，它通过综合控制器实现对光伏电池组件所产生的电能的合理分配，实现太阳能综合利用率最大化。当综合控制器检测到有电动车电池接入时，先检测光伏电池组件的电能输出状况，若光照良好电能输出充足，则直接通过第一充电控制器对电动车电池进行充电，并通过MPPT功能模块实现最大充电功率跟踪；若光照不足电能输出不足，则通过第三充电控制器将蓄电池组储存的电能对电动车电池充电。若无电动车电池接入或对电动车电池充电时光伏电池组有富余电能，则通过第二充电控制器对蓄电池组进行充电，以备在光照不足时提供电能。通过逆变控制器，还可将蓄电池组的电能以交流220V/50Hz的方式输出，提高系统电能输出的通用性。
综合控制器由图5所示的六大模块组成。综合器的设计采用基于改进的扰动观察法的MPPT技术，来实现光伏电池的最大功率输出；采用升降压式或DC-DC转换器，来适应较宽的光伏电池的输出电压，适应多变的光照环境；采用ADC方式对电压、电流等关键的安全信息采集和保护电路设计；通过对接口电压的分析，自动选择输出电流，优先对电动车电池快速充电；通过LCD液晶显示技术，实现充电电流I、电压U、功率P、充电状态、充电所需剩余时间等信息的实时更新显示。充电控制器的设计采用脉冲式充电技术以提高充电效率，解决铅酸蓄电池的极化问题，提高蓄电池的寿命；通过模糊控制与PID控制的结合，提高了充电系统的响应速度和准确性，实现快速、安全充电。充电器还设置了电池温度监测功能，以保护控制器与电池的安全。
3 结论
本文基于光伏充电技术设计的太阳能电动三轮车，相对传统的太阳能电动三轮车在结构与控制系统上进行了创新设计。
（1）分层式自动折叠太阳能电池板结构
分层式自动折叠太阳能电池板可保证太阳能电动三轮车在使用时，可随着行车姿态和太阳日照角的变化来调整活动太阳能电池板的展开位置，以获得最佳光照角度和光照面积，保证无光照死角，高效利用太阳光资源。
（2）双充电、双驱动工作模式
设计的太阳能电池充电装置及控制系统可保证太阳能电动三轮车的双充电、双驱动模式的正确和快速切换，保证及时充电和全天候行驶，解决了传统电动车存在的单一驱动和单一充电的难题。
（3）太阳能电池板的嵌入式设计
设计能嵌入安装太阳能电池板的车箱体，为太阳能电池板设计了减振垫、高透光率的保护罩和起支撑，能保证太阳能电池板的采光、安全。
参考文献：
[1]日照角可调的太阳能电动三轮车[P].实用新型，ZL200920107358.9.
[2]跟踪式太阳能电动三轮车[P].实用新型，200920156374.7.
[3]滨川圭弘.太阳能光伏电池及其应用[M].北京：科学出版社.2008（12）：2-5.
[4]冯逸，陈礼播，杜爱民.太阳能汽车发展现状及其实用化对策研究[J].上海汽车，2006（12）：2-5.
[5]王薇，邱大雄，顾树华.我国开发太阳能资源的综述[J].中国管理科学，1997，5（2）：42-49.
[6]卢磊，陈效华，严伟.一种在汽车上应用太阳能技术的设计方案[J].新材料产业，2010（l）：71-73.
[7]李文婷，刘宏，陈慧玲.国内外太阳能光伏发电发展综述[J].青海电力，2004，23（4）：3-6.
[8]莫松平，陈则韶等.太阳电池中光电转换的有效能[J].工程热物理学报，2008. 29（11）：1821- 1825.
[9]王毅，熊大庆，"轻便型"太阳能电动车造型设计研究[J].包装工程，2008，29（5）：123-125.
